способ получения многослойных порошковых покрытий и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения многослойных порошковых покрытий, включающий послойное нанесение порошков на поверхность детали, выравнивание и уплотнение каждого слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса, одновременно с нанесением каждого последующего слоя производят выравнивание и уплотнение предыдущего слоя, причем уплотнение производят тангенциальным пульсирующим усилием одновременно в двух, встречных движению детали, направлениях предварительном и рабочем, при этом создают пульсирующее усилие с частотой колебаний от 180 до 380 рад/с и амплитудой от 6,10 10^-4 до 1,4 10^-3 м.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительное уплотнение осуществляют под углом 40 70^o, а рабочее 15 40^o к слою порошка.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зону предварительного уплотнения L определяют из следующего соотношения:

L=6,710^-3AS²sin/sin м,

где A амплитуда колебаний, м;

S толщина слоя порошка, м;

частота колебаний, рад/с;

a угол между направлением действия уплотняющей силы и поверхностью порошка в зоне предварительного уплотнения, град.

b угол между направлением действия уплотняющей силы и горизонталью, град.

4. Устройство для нанесения многослойных порошковых покрытий, содержащее дозатор, соединенный с вибрационным механизмом нанесения порошка на движущуюся деталь, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено дозаторами, вибрационный механизм выполнен в виде конвейера, разделенного горизонтальными перегородками на секции по числу слоев покрытия, причем входной участок каждой секции совмещен с соответствующим дозатором, а концевой участок имеет уплотняющую лапу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении и ремонте деталей с многослойными порошковыми покрытиями.

Известен способ получения на изделии покрытия из порошка, включающий нанесение последнего на поверхность перемещающейся детали и последующее уплотнение тангенциально действующим усилием [1]

Известен способ получения многослойных покрытий, включающий послойное нанесение порошка на поверхность детали, разделение слоев прокладками из легкоплавкого органического материала и последующее одновременное уплотнение всех слоев одновременно [2]

Для исключения перемешивания слоев порошков необходимо уплотнять каждый слой перед нанесением следующего или устанавливать прокладки между слоями. В первом случае снижается производительность процесса, во втором наличие прокладок из легкоплавкого органического материала приводит к изменению структуры зоны сплавления слоев и ухудшению качества покрытия.

Известно устройство для нанесения порошковых покрытий, включающее дозатор, связанный с вибрационным механизмом нанесения порошка на движущуюся деталь, при этом каждый вибрационный механизм выполнен в виде блоков сит, которые обеспечивают равномерность толщины наносимого слоя [3]

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает промежуточного уплотнения слоев порошка.

Цель изобретения повышение производительности процесса и улучшении качества зоны соединения различных слоев порошка.

Цель достигается тем, что в способе получения многослойных покрытий, включающем послойное нанесение порошков на поверхность детали, выравнивание и уплотнение каждого слоя, согласно изобретению, одновременно с нанесением каждого последующего слоя производят выравнивание и уплотнение предыдущего слоя.

Уплотнение производят тангенциальным пульсирующим усилием одновременно в двух встречных движению детали направлениях: предварительное в направлении 45 70^o к слою порошка и рабочее в направлении 15 40^o к слою порошка.

Пульсирующее усилие создают с частотой колебаний от 180 до 380 рад/с и амплитудой от 6,010^-4 м до 1,410^-3 м.

Зону предварительного уплотнения L определяют по следующему соотношению

L=6,710^-2AS²sin/sin, м

где А амплитуда колебаний, м;

S толщина слоя порошка, м;

частота колебаний, рад/c;

a угол между направлением действия уплотняющей силы и поверхностью порошка в зоне предварительного уплотнения, град.

b угол между направлением действия уплотняющей силы и горизонталью, град.

Цель изобретения достигается также тем, что в устройстве для нанесения многослойных порошковых покрытий, содержащем дозатор, соединенный с вибрационным механизмом нанесения порошка на движущуюся деталь, согласно изобретению снабженным дозаторами, вибрационный механизм выполнен в виде конвейера, разделенного горизонтальными перегородками на секции по числу слоев покрытия, причем входной участок каждой секции совмещен с соответствующим дозатором, а концевой участок имеет уплотняющую лапу.

Исполнение узла нанесения порошка в виде многосекционного вибрационного конвейера, где каждая секция наносит заданный слой порошка и снабжена уплотняющей лапой для слоя порошка, уложенного с предыдущей секции, обеспечивает согласно способу одновременно с нанесением каждого последующего слоя выравнивание и уплотнение предыдущего слоя. Этим подтверждается достижение цели изобретения и связь предлагаемого единым изобретательским замыслом.

Сравнение предлагаемого с прототипом [2 и 3] позволило установить соответствие предлагаемого изобретения критерию "новизна".

Аналог [1] содержит признак использования тангенциально действующего усилия для уплотнения порошка. Однако в известном решении это усилие действует одновременно с нормальным, причем в самом конце обжатия тангенциальная составляющая отсутствует, поскольку согласно известному решению обжатие производят роликом. В заявленном решении действует только тангенциальное усилие, причем в строго заданном направлении, тем самым эффективность обжатия повышается. Это свойство известного признака, проявляемое в предлагаемом решении, обеспечивает последнему соответствие критерию "изобретательский уровень".

Реализация способа и устройства для его осуществления поясняется с помощью схематического изображения этого устройства на чертеже.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства с продольным разрезом вибрационного конвейера; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - выносное сечение 1 на фиг. 1 в увеличенном виде.

Узел нанесения порошка на движущуюся деталь 1 выполнен в виде вибрационного конвейера 2, разделенного горизонтальными перегородками 3 на секции 4 по числу слоев покрытия. Входной участок 5 каждой секции 4 совмещен с соответствующим дозатором 6, а концевой участок снабжен уплотняющей лапой 7, нижняя поверхность которой размещена на заданной высоте слоя порошка, уложенного с предыдущей секции. Положение лап 7 устанавливается с помощью винтов 8. Вибрационный конвейер 2 имеет привод с кривошипным механизмом 9 и установлен на упругих стойках 10, которые закреплены на основании 11 под углом b к вертикали.

Предлагаемый способ с помощью этого устройства реализуется следующим образом.

Подготовленную к нанесению многослойного покрытия деталь 1 устанавливают перед концевым участком нижней секции 4 вибрационного конвейера 2. Затем включают рабочее перемещение детали 1 (на чертеже слева направо) и привод 9 вибрационного конвейера 2. При этом порошок поступает из концевого участка нижней секции 4 на поверхность детали 1 и проходя под уплотняющую лапу 7, расположенную на перегородке 3 следующей по высоте секции, выравнивается и уплотняется. Одновременно с верхней поверхности той же лапы 7 на поверхность первого слоя порошка поступает второй слой порошка из следующей по высоте секции 3, который уплотняется второй лапой 7, закрепленной на перегородке 3 третьей снизу секции 4.

Таким образом одновременно с нанесением каждого последующего слоя производят выравнивание и уплотнение предыдущего слоя порошка. Уплотнение производят тангенциальным пульсирующим усилием в направлении встречном движению детали, причем, одновременно в двух направлениях: предварительное в направлении угла a (фиг. 3) от 45 к 70^o к слою порошка в наклонной части уплотняющих лап 7; рабочее в направлении угла b от 15 до 40^o к слою порошка горизонтальной частью уплотняющих лап 7. Частота колебаний пульсирующего усилия составляет от 180 рад./с до 380 рад./с, а амплитуда колебаний от 610^-4 м до 1,410^-3м. Зону предварительного уплотнения (L на фиг. 3), которая расположена между концом рабочей поверхности одной уплотняющей лапы и началом рабочей поверхности следующей за ней уплотняющей лапы, определяют по следующему соотношению

L=6,710^-2AS²sin/sin, м

где А амплитуда колебаний, м;

S толщина слоя порошка, укладываемого между этими лапами, м;

частота колебаний, рад./c;

a угол между направлением действия уплотняющей силы и поверхностью порошка в зоне предварительного уплотнения, град.

b угол между направлением действия уплотняющей силы и горизонталью, град.

В таблице приведены примеры выполнения способа при получении двухслойного покрытия из порошков: ПГ-С27 верхний слой толщиной 310^-3 м; ПЖО нижний слой толщиной 310⁼³ м. Эффективность предлагаемого способа и качество полученного покрытия определяли по трем показателям:

увеличение плотности каждого слоя по формуле



, _н соответственно плотность после уплотнения и плотность насыпная порошка;

равномерность распределения плотности по глубине слоя по формуле ₁/₂;

где ₁,₂ соответственно средняя плотность нижней и верхней половины каждого слоя;

появление дефектов в нижнем слое после нанесения верхнего.

Экспериментально установленная зона предварительного уплотнения в первых трех примерах соответствовала рассчитанной по предлагаемой формуле. В примерах 4 9, в которых часть параметров способа принималась за границей заявленных пределов, экспериментальное и расчетное значения расстояния не совпадали. В этих примерах в таблице показаны экспериментальные расстояния L. Приведенные в таблице обозначения углов , и расстояние L показаны на фиг. 3.

Уменьшение равномерности распределения плотности в примерах 4, 6 и 8 ниже 0,85 приводит к значительному снижению прочности покрытия после термической обработки. В примерах 5, 7 и 9 наблюдалось появление в нижнем слое трещин от 0,3 до 0,7 мм, что служило причиной сквозных трещин после термической обработки.

Использование предлагаемых решений позволяет сравнительно простым путем совместить операции и механизмы нанесения и уплотнения порошков во многослойных покрытиях и тем самым повысить производительность процесса, упростить устройство для нанесения многослойных порошковых покрытий и сократить его энергоемкость. Одновременно повышается качество покрытия за счет увеличения равномерности распределения плотности по толщине слоев.